книги из ГПНТБ / Кузьминов С.А. Сварочные деформации судовых корпусных конструкций

§ 36

Правка сварных конструкций

Применение технологических мероприятий может значительно J снизить сварочные деформации конструкций. Однако полностью ликвидировать сварочные деформации судокорпусных конструкций при своевременном состоянии сварочной техники невозможно. Часть сварных конструкций получает деформации (общие или местные), превосходящие допустимые величины. Во всех этих случаях необ­ ходимо применять правку.

Рис. 154. Схема правки общего изгиба плоскостных секций с набором одного направления холодным ме­ тодом.

Механизм правки заключается либо в пластическом сокращении волокон участков конструкции, имеющих излишнюю длину, либо в удлинении волокон укороченных частей конструкции (обычно волокон зоны сварных соединений).

Правку можно производить [78] холодным методом (механиче­ ским воздействием), тепловым безударным и комбинированным методами (кратковременные нагревы с механическим воздействием).

Холодный метод правки включает в себя прокатку сварных полотнищ в вальцах, растяжение сварных полотнищ на растяжных машинах, прокатку зоны сварных соединений в специальных уста­ новках типа станка ЛГС-2, проколачивание зоны сварных соедине­ ний пневматическим молотком со специальным зубилом или кувал­ дой через гладильный молоток и правку изгибом под прессом или грузом (рис. 154).

Тепловой безударный метод правки включает в себя правку нагревом полос, пятен и треугольников без расплавления поверх­ ности (пламенем газовых горелок и плазменной струей) и правку нагревом полос электрической дугой с расплавлением поверхности (плавящимся и неплавящимся электродами).

Комбинированный метод включает в себя нагрев одним из ука­ занных выше способов с применением механического воздействия посредством талрепов, скоб, стяжек, домкратов или просто ударов кувалды (молотка). В этом случае механическое воздействие при­ меняется для создания (или увеличения) внутренних напряжений

241

сжатия и, следовательно, для увеличения пластических деформаций укорочения нагреваемых участков.

Холодный метод правки обычно применяется для удлинения волокон зоны сварных соединений, а тепловой и комбинированный — для укорочения волокон основного металла с целью компенсации укорочений сварных соединений. Очевидно, что правку конструкции необходимо производить таким способом, который дает наибольший эффект при минимальных затратах. При этом должны быть обеспе­ чены требуемая работоспособность и требуемый внешний вид кон­ струкции. Рассмотрим выбор способа и режима правки.

Холодный метод правки. Наиболее эффективным холодным ме­ тодом правки сварных полотнищ является правка на растяжных правильных машинах. При растяжении полотнища в сварных соеди­ нениях будут возникать обратные пластические деформации удлине­ ния. Если напряжения растяжения, создаваемые внешней нагруз­ кой, были близки к пределу текучести, то после снятия нагрузки в сварных соединениях будут полностью сняты продольные напря­ жения и ликвидирована бухтиноватость полотнища. Однако для уменьшения бухтиноватости до допустимой величины достаточно создать напряжения в полотнище, равные (0,8—=-0,9) от. Аналогичные явления удлинения волокон зоны сварных соединений происходят при правке в правильных вальцах. Этими методами рекомендуется править только полотнища. Размеры полотнищ ограничены мощ­ ностью и размерами правильных машин и правильных вальцов.

Удлинение волокон сварных соединений в плоскости листа может быть также вызвано прокаткой или проколачиванием этой зоны. Пластическое сжатие металла листа по толщине вызывает соответствующие пластические деформации удлинения в его плос­ кости. Эффективность данного метода зависит от относительной глубины прокатки или проколачивания. Этот метод дает значитель­ ный эффект на конструкциях, изготовленных из листов малых толщин (б «с: 10 мм). Для снятия упругих напряжений, близких к пределу текучести, необходимо при прокатке или проколачивании утонить листы на величину

(424)

где Аб — утонение листов, см; р = 0,5 — коэффициент Пуассона. Ширина зоны прокатки или проколачивания (Ьпр) при этом должна равняться ширине зоны продольных пластических дефор­ маций Ьак, определяемой по формуле (79), принимая Ьак = FaJ8. Если невозможно обеспечить ширину прокатки, равную ширине зоны пластических деформаций, необходимо соответственно увели­

чить глубину прокатки (утонение), т. е. в этом случае

Этим методом рекомендуется править бухтиноватость секций с тол­ щиной обшивки до 10 мм.

Общие деформации изгиба конструкций с низким набором оди-

242

наковой высоты (стенки надстроек, выгородок и т. п.) рекомендуется править обратным упругим изгибом под прессом (рис. 154). При этом необходимо создать напряжения растяжения в сварных соеди­ нениях, близкие к пределу текучести.

Тепловые методы правки.; Механизм возникновения пластических деформаций укорочения при тепловых способах правки аналогичен возникновению пластических деформаций при сварке.

На рис. 155 приведены различные способы нагрева конструкций при правке местных и общих деформаций.

Количество полос, треугольников и пятен нагрева должно быть выбрано таким, чтобы остаточные пластические деформации укоро­ чения мест нагрева уменьшали деформации, вызванные сваркой, до допустимых величин.

Суммарная величина остаточных пластических деформаций при тепловой правке зависит от температуры концентрированного на­ грева и мощности источника, расположения, размера, формы и количества нагреваемых участков, распределения внутренних на­ пряжений и податливости нагреваемых участков конструкции, а также жесткости внешнего закрепления.

Из сказанного видно, что эффективность правки зависит от многих параметров. Поэтому тепловая правка требует больших значений и мастерства правщика.

Определение оптимальной температуры нагрева при правке.

С увеличением температуры нагрева увеличиваются пластические деформации укорочения. Однако при нагреве свыше некоторой температуры начинают возникать при остывании обратные пласти­ ческие деформации растяжения, и остаточные пластические деформа­ ции от правки достигают своего предела. Поэтому оптимальная температура нагрева при правке определяется из условия получения максимальных остаточных деформаций укорочения при минимальных обратных пластических деформациях удлинения.

Рассмотрим случай правки бухтин нагревом пятен. На рис. 156 показана схема образования продольных пластических деформаций в обшивке с бухтиной, вызванной потерей устойчивости от про­

8пл — обратные пластические деформации удлинения при осты­ вании;

а— средний коэффициент линейного расширения в интервале температур (О—Тн), 1/град.

243

J

15-

Рис. 155. Схема нагрева обшивки при правке безударным и комбинированным методами: а — правка бухтин пятнами; б — правка бухтин полосами; в — правка бухтин штрихами; г — правка' ребристости нагревом полосами над набором; д — правка волнистости по свободным кромкам обшивки и вырезам нагревом треуголь­ никами; е — правка сварного набора (балок); ж — правка «завала» днищевой сек­ ции. I, II, III, IV — очередность нагрева рядов; 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, Я — очеред­ ность нагрева точек (штрихов, треугольников) в каждом ряду; 9 — полосы нагрева над высоким набором; 10 — обвод настила второго дна до правки; -»■ — направле­

ние ведения горелки.

244

Оптимальная температура нагрева при безударной правке будет определяться по формуле (426), где необходимо принять е™ = 0.

Из формулы (426) видно, что для снижения температуры нагрева необходимо нагрев производить в участках, имеющих максимальные напряжения сжатия, т. е. примерно на расстоянии 100 мм от набора

Рис. 156. Схема образования пластических, упругих и действительных деформаций при нагреве пятна: а — сечение обшивки; б — деформации при нагреве пятна; в — деформации после остывания.

245

При правке бухтин с закреплением их против дополнительного

Для повышения' эффективности правки с закреплением против местного дополнительного выпучивания необходимо увеличивать диаметр пятна нагрева или еще лучше нагрев производить полосами.

При комбинированной правке температура нагрева пятен и полос должна быть близкой к температуре, при которой материал теряет свои упругие свойства (Т0).

В табл. 1 приведены оптимальные температуры нагрева при безударной (Т6. пр) и комбинированной правке (Гпр).

Определение размеров нагреваемых ушстюв при правке. При со­ средоточенном кратковременном нагреве возникающие в зоне нагрева температурные напряжения сжатия могут при достаточно большой площади зоны нагрева вызвать местную потерю устойчивости. При безударной правке конструкций размеры нагреваемых участков обшивки должны быть такими, чтобы при нагреве не возникала местная потеря устойчивости. Обшивка не будет терять устойчи­ вость, если радиус нагреваемого пятна не превосходит критического радиуса, т. е. если

Критический радиус нагреваемого круглого пятна гкр может быть приближенно определен из формулы потери устойчивости

где необходимо принять екр = es, так как при нагреве деформации сжатия не могут превзойти дефгрмации, соответствующей пределу текучести (рис. 156). Следовательно,

Радиус нагреваемого пятна, где средние упругие деформации сжатия при нагреве равны деформациям, соответствующим пределу текучести гт, может быть определен из формулы максимальных температурных деформаций от действия мгновенного линейного

246

Подставив (432) и (435) в (430) и решив неравенство относительно qAt,

Определив qAt из (437) и подставив в (436), получим

2 4 7

J.Рис. 158. Схема деформаций при боин при проколачивании.

нагреве полосы. При правке конструкции нагре­ вом полос критическая деформа­ ция е кр= в5 определяется по формуле для свободно опертой пла­

стины, сжатой со всех сторон (рис. 158):

где/кри Ькр — длина и ширина пластины, имеющей средние упругие деформации, соответствующие пределу текучести (е5),см;

Ширина нагреваемого пятна может быть приближенно опреде­ лена из формулы максимальных температурных деформаций от

248

Таблица 21

Размер полос и пятен нагрева при тепловой безударной и комбинированной правках

* В числителе приведена величина видимой ширины нагреваемых полос; в знаменателе — величина видимого диаметра нагреваемых пятен.

Таблица 22

Значения коэффициентов К и К1 для различных значений Ькр//кр

где необходимо принять (рис. 158) значение гт, определяемое по формуле (434).

Следовательно,

Предельное значение погонной энергии нагрева полосы, при которой обшивка не будет терять устойчивость, определяется не­ равенством:

7jT/KP

2 4 9

Формула (448) служит для определения предельного значения площади нагреваемой полосы (дли :ы и ширины), при которой об­ шивка не будет получать местную потерю устойчивости, т. е. не будет выпучиваться при безударной правке полосами. При этом ширина нагреваемой полосы должна быть меньше диаметра нагре­ ваемого пятна. Определим, насколько ширина нагреваемой полосы должна быть меньше диаметра нагреваемых пятен при безударной правке.

Из формул (431) и (442) получаем

строенная по данным, приведенным в табл. 22. Из рисунка видно, что если ширина нагреваемой полосы (Ь„) меньше 3/4 допустимого диаметра нагреваемого пятна dH, то обшивка не будет терять устой­ чивость при любой длине нагреваемой полосы. С увеличением ши­ рины нагреваемой полосы от 0,75dHдо dH для обеспечения устойчи­ вости обшивки необходимо соответственно (рис. 159) уменьшать длину полосы.

Так же, как и диаметр нагреваемых пятен, допустимая ширина нагреваемых полос при правке зависит от толщины обшивки, коэф-

250